Lektsii_El_privod

Все изолирующие материалы, применяемые в электрических машинах,

подразделяют на классы нагревостойкости, представленные в таблице 7.1

Таблица 7.1

Нагревостойкость электроизоляционных материалов

Нагревостойкость - способность электроизоляционного материала выполнять свои функции при воздействии рабочей температуры в течение времени, сравнимого с расчетным сроком нормальной эксплуатации электрооборудования, в котором применяется данный электроизоляционный материал. Указанные в таблице температуры предельно допустимые для электроизоляционных материалов при их длительном использовании (в

течение ряда лет) в электрических машинах, трансформаторах и аппаратах,

работающих в нормальных эксплуатационных условиях. Класс нагревостойкости изоляции указывают на паспортном щитке электродвигателя. Для типовых тепловых расчетов температуру окружающей среды принимают +40°С. Следовательно, мощность двигателя, указанная на паспортном щитке, соответствует нормированной температуре окружающей среды +40°С.

Температуры в наиболее нагретом месте изоляции не должны превышать указанных предельно допустимых значений температуры при работе электрооборудования в нормальном режиме при предусмотренной для этого режима максимальной температуре охлаждающей среды.

Электродвигатель - электромеханический преобразователь. В самом

двигателе в процессе преобразования часть энергии теряется и выделяется в

Выбор двигателя завышенной мощности в 1,5 раза и более ведет к резкому ухудшению его энергетических показателей (КПД, соs ) и неоправданному перерасходу средств и электроэнергии. Кроме того, из-за систематической недогрузки двигатель в период работы не прогревается до необходимой температуры. В условиях влажной окружающей среды изоляция двигателя во время длительных пауз в работе постепенно увлажняется и ее сопротивление понижается. Это может привести к электрическому пробою изоляции при включении двигателя и его преждевременному выходу из строя.

Таким образом, мощность двигателя рассчитывают, прежде всего, исходя из обеспечения его нормированного нагрева, а затем в зависимости от характера нагрузки проверяют по дополнительным условиям: обеспечение пуска, устойчивой работы при перегрузках и т. д. для правильного выбора мощности двигателя по нагреву необходимо знать закон, по которому его температура изменяется во времени.

Рис.7.5. Графики нагрева и охлаждения электродвигателя.

В целях упрощения решения поставленной задачи допускают следующее:

двигатель представляет собой однородное тело, температура которого во всех точках в любой момент времени одинакова, т.е. его теплопроводность равна бесконечности; теплоотдача двигателя пропорциональна первой степени превышения температуры; теплоту, отдаваемую излучением, из-за малости не учитывают; в рассматриваемый малый период времени нагрузка на валу двигателя, потери ё мощности и температура окружающей среды неизменны [14].

На основании закона сохранения энергии с учетом принятых допущений составим уравнение теплового баланса электродвигателя для бесконечно малого интервала времени затрачена на нагрев самого двигателя, а другая часть будет отдана в окружающую среду.

Таким образом, справедливо равенство:

где Q - общее количество теплоты, выделяемое двигателем в единицу времени, Дж/с; С - теплоемкость двигателя, т. е. количество теплоты,

необходимое для повышения температуры двигателя на 1°С, Дж/град; А -

теплоотдача двигателя, т. е. количество теплоты, выделяемое двигателем в окружающую среду в единицу времени при разности температур, равной

1 С, Дж/с.град; - превышение температуры двигателя над температурой окружающей среды °С.

Выражение (7.5) представляет собой дифференциальное уравнение теплового баланса электродвигателя, причем уравнение с разделяющимися переменными. Процесс нагревания двигателя характеризуется зависимостью

превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды во времени:

Следовательно, - это значение установившегося превышения температуры двигателя над температурой окружающей среды, которое достигается двигателем через бесконечно большое время.

Входящую в уравнение (7.11) постоянную величину

называют постоянной времени нагрева, так как она характеризует скорость нагревания двигателя. Постоянную можно представить как интервал времени, в течение которого двигатель достиг бы установившейся температуры , если бы отдача теплоты в окружающую среду отсутствовала.

Действительно, при А = 0 уравнение (7. 5) примет вид:

Считая, что нагрев двигателя начинается от температуры окружающей

среды, т.е. = 0, после интегрирования (7.14) получаем:

При различных нагрузках нагревание двигателя нагревание двигателя происходит по разным кривым, как это показано на рис.7.7. Постоянная времени нагрева двигателя остается неизменной.

Постоянные времени нагрева электродвигателя определяют различными методами.

Мето нормированных значений.

В реальных условиях при наличии теплоотдачи температура двигателя за

Указанным соотношением пользуются для определения значения постоянной времени нагрева, если известна полученная опытным путем

координат и перпендикуляром, опущенным на ось абсцисс из указанной

если провести касательную к экспоненциальной кривой = f (t) до пересечения с асимптотой, то отрезок, заключенный между точкой пересечения на асимптоте и перпендикуляром, проведенным через точку

касания, равен постоянной времени нагрева. Это легко прослеживается,

например, для касательной, проведенной к кривой = f(t) в точке 0, как

видно на рис.7.6, где отрезок DE равен .

Рис. 7.6. Графические построения для определения постоянной времени нагрева электродвигателя: 1- кривая нагрева двигателя;

2 – касательные.

Для доказательства возьмем первую производную выражения

( 7.11) по времени

Для t = 0

Следует отметить, что получение графическим методом значения постоянной времени нагрева возможно также при проведении касательной в

любой точке экспоненциальной кривой. Например, проводя касательную

через точку F, получаем отрезок EG = (рис.7.6).

Из многочисленных экспериментов известно, что кривая нагрева

отличается от теоретической. В начале процесса нагрева действительное повышение температуры двигателя идет быстрее, чем это предусматривается

действительная кривая нагрева приближается к экспоненциальной.

Отклонение кривой нагрева от экспоненты в начале процесса приводит к тому, что определение постоянной времени нагрева в любой точке является ненадежным.

Постоянная времени нагрева оказывается большей у двигателей

закрытого исполнения, габариты которых при прочих равных условиях получаются большими вследствие худших условий теплоотдачи.

Аналитический мето .

Хорошие результаты при расчете постоянной времени нагрева по паспортным данным двигателей получаются при использовании формулы,

превышение температуры двигателя при номинальной нагрузке при измерении методом сопротивления, град: 60 - для изоляции класса А, 75 - для класса Е,80 - для класса В,100 - для класса Р и 125 - для класса Н. Класс

мощность двигателя, Вт.

Мето трех точек.

Постоянную времени нагрева двигателя можно определить по методу трех точек. При использовании этого метода необязательно знать установившееся превышение температуры. Достаточно иметь участок кривой нагрева и